它是金属却有了流动的形态;它极轻却又极强、极硬,是超越铝、镁、钛等传统轻合金的颠覆性材料;它可一次性成型,无需机加工的繁复程序……
它就是液态金属,轻合金材料的颠覆者,可应用于3C、汽车、医疗等多个领域,正在逐步占领市场。
性能优越,轻合金材料的颠覆者
液态金属,也称非晶合金或金属玻璃,是一种新型的金属合金。液态金属拥有独特的原子结构,其原子排列完全无序,而传统金属材料原子结构则排列有序。
传统金属与液态金属原子结构对比
(来源:Liquid Metal)
正是因为这样独特的原子结构也造就了液态金属优越的性能。其优势体现在三个方面:
1、高强度、高硬度,液态金属的强度是铝、镁合金的10倍以上,不锈钢、钛合金的1.5倍以上。在轻合金中,液态金属的比强度(单位密度的强度)也是最高的。
不同金属与液态金属(liquid metal)强度对比
不同金属与液态金属(liquid metal)比强度(单位密度的强度)对比
不同金属与液态金属(liquid metal)硬度对比
(来源:驱动之家)
2、极强的耐磨性和耐腐蚀性。
3、液态金属在散热性、电磁屏蔽性方面均在轻合金中出类拔萃,而且在加热条件下不易变形、不易导热。
一次性成型,最佳工艺优势
液态金属以非晶态冷却,收缩率非常小为0.25%,适合做精密零部件(而粉末冶金收缩率高达26%,限制了其精密部件的制备能力),并可以像塑料一样通过注塑、压铸等工艺得到理想的形状,轻薄小巧,一次性成型,省却大量的后加工。
液态金属零部件
(来源:宜安科技)
另外,液态金属可以通过改变材料成分的结构来改变颜色,着色自然且耐磨损,这是现有铝合金的阳极氧化、镁合金的微弧氧化以及简单的喷涂工艺所无法比拟的,后者都普遍面临颜色单一、掉漆、易划伤等缺陷。
独特的工艺优势也给液态金属加工带来了不小的成本优势。液态金属制品基本上是一次净成型,且表面光洁度高,省却大量的后加工,效率非常高。以宜安科技自制的压铸设备为例,每台机可以实现压铸600次/天,相比于CNC机加工数个小时加工一件的效率相比,成本优势相当显著,大约能降低一半的成本。
液态金属压铸设备
(来源:宜安科技)
应用现状及市场空间分析
液态金属市场前景较好,目前已经开始应用在环保、医疗、通讯、新能源汽车、消费电子、体育器材、智能穿戴等领域,在不久的将来,也将应用于航空、航天等领域。具体产品有:变压器、手术刀、轴承、铰链、SIM 卡托/卡针、夹具、高尔夫杆头、钟表结构件、镜架等。
液态金属下游应用领域和对应优势
(来源:Liquid Metal)
消费电子领域
3C 产品与人的日常生活息息相关,其需要的材质特性就是要轻薄小巧,且耐磨、耐摔、抗刻划。液态金属最显著的优势就是高强度、高硬度、高耐磨性,而且既轻又薄,这恰好满足以上核心特质。
Swatch、Omega 等高端手表品牌自2009 年开始就在其产品中应用液态金属,表内的数字和刻度就采用液态金属材质。
在智能手机领域,自苹果公司于2010 年与美国液态金属公司合作,在iPhone 的SIM 卡针首度商用非晶合金后,现阶段,华为、OPPO、VIVO、金立、海恩迈电子等公司的部分终端已经使用非晶合金材质的SIM 卡托、USB 接口、转轴。
2017 年1 月,美国专利商标局批准了苹果一项关于液态金属的技术专利,专利文件显示,未来苹果产品外壳上的凸出logo 将会采用液态金属来打造。
另外,液态金属的高强度和硬度在手机外框市场也有很大的潜力。据了解一个液态金属手机外框价格大约为80-120元/个,这比小米手机的304不锈钢外框和苹果的铝合金CNC一体成型外框均便宜一半左右。
机器人领域
“仿生物”液态金属机器人高柔性、自驱动、能变形,在传感器的帮助下,可以读取并模拟远方活体行为信息,实现“远程握手”“远程拥抱”等应用场景。这意味着两个天各一方的人,可以通过科技触及对方,世上不再有“触不到的恋人”。
自主运动可变形液态金属技术还处在基础原理研发初期,离产业化还有相当的距离。目前国内科学家的科研探索走在了世界的前列。尽管液态金属机器人技术离产业化还有相当的距离,但是随着技术的不断突破,相信功能完善、具有强大自愈能力的液态金属机器人或在不久的将来面世。
医疗领域
液态金属在模拟体液时具有优良的耐腐蚀性能和生物安全性,这满足了医学上修复移植和制造外科手术器件的性能要求,可用于外科手术的手术刀、人造骨、电磁刺激体内生物传感材料、人造牙齿等。
修复受损神经:液态金属镓合金具有无毒性、强导电性能以及稳定性好等特点,不容易与体液以及周围器官组织发生反应,可以用它连接并修复受损的神经。
在医疗中,可研制沿血管或腔道运动的柔性机器人,帮助人类清理血管或肠道等,“顺道”还可以做个药物递送、微创手术等。
工具领域
“光剑刀”由台北科技大学的设计师Chia-yuYeh采用液态金属设计的,使用者握住刀柄之后在屏幕上选择要生成的刀体,之后刀把上就能变出一把液态金属刀,能自动成型且能够选择刀体大小。
变压器领域
液态金属的一个重要应用领域就是用于制造变压器。由于液态金属的软磁特性,非晶变压器转速可达到9000余次/S(硅钢变压器1000余次/s),如果把我国现有的配电变压器全部转换成非晶变压器,每年可以为国家节电约90亿千瓦时,意味着每年减少燃煤364万吨,减少二氧化碳等废弃排放超过900万亿立方米。
液态金属国内外公司概况
国外
Liquidmetal Technologies 成立于1984 年,总部位于美国加利福尼亚,是全球领先的块状非晶金属研发及商业化上市公司。
此外,日本的日立金属是世界最大的非晶带材制造商,非晶带材产能超过10万/吨。
国外液态金属相关公司
(来源:Reuters 及公司官网)
国内
国内目前涉及液态金属技术的上市公司主要有宜安科技、安泰科技、东方锆业、云海金属等。此外,还有多家非上市公司参与到液态金属的研究和生产,如上海艾荔艾等。
国内液态金属相关公司梳理
(来源:Wind,各公司网站)
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